KR102617147B1 - 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 장치의 교정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오버레이의 계측을 최적화하는 시스템으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 오버레이 계측 장치가 제공된다. 상기 오버레이 계측 장치는, 웨이퍼에 형성된 오버레이 타겟으로 조명을 지향시키도록 구성된 광원부; 대물렌즈와 렌즈 초점 액추에이터와 상기 측정위치에서 반사되는 광을 통과시키는 핀홀이 형성되는 렌즈부; 초점 이미지를 획득하는 검출부; 및 시간에 따라 변화하는 광학 오차를 측정하기 위하여 상기 핀홀의 이동을 제어하고, 복수의 오버레이값들의 차이를 상기 핀홀의 위치 차이로 변환하고, 상기 핀홀이 기준위치에서 계측된 기준 오버레이값과 소정시간 이후에 계측된 비교 오버레이값의 차이를 산출하여, 기준치 이하일 경우 차이값 이하를 보정값으로 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 장치의 교정 방법 {Overlay measurement apparatus and correction method for overlay measurement apparatus}

본 발명은 웨이퍼의 오버레이 계측에 관한 것으로서, 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 장치의 교정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 기술이 발전하면서 웨이퍼의 특성을 계측하는 반도체 디바이스의 사이즈가 작아지고, 계측 장치의 집적회로의 밀도는 증가하고 있다. 집적회로를 웨이퍼에 형성하기 위해서는 특정 위치에서 원하는 회로 구조 및 요소들이 순차적으로 형성되도록 많은 제조 과정들을 거쳐야 한다. 이러한 제조 과정은 웨이퍼 상에 패턴화된 층을 순차적으로 생성하도록 한다.

이러한 반복되는 적층 공정들을 통해서 집적회로 안에 전기적으로 활성화된 패턴이 생성된다. 이때, 각각의 구조들이 생산 공정에서 허용하는 오차 범위 이내로 정렬되지 않으면, 전기적으로 활성화된 패턴 간에 간섭이 일어나고 이런 현상으로 인해 제조된 회로의 성능 및 신뢰도에 문제가 생길 수 있다. 이러한 층 간에 정렬 오차를 측정 및 검증하기 위해 웨이퍼에 대한 이미지에서의 명암 또는 위상차를 통해 초점 위치를 찾는다.

이때, 웨이퍼의 각각의 레이어 상에 형성된 패턴을 계측하기 위해 웨이퍼를 스테이지에 안착시킨 후에, 웨이퍼 상부의 다양한 위치에 형성된 패턴을 검출하게 된다.

그러나, 웨이퍼의 상부에 형성된 패턴을 검출하기 위한 광학계는 시간이 흐름에 따라 광학 오차가 발생되며, 이에 따라, 패턴으로 측정되는 오버레이 값, TIS 값 등의 데이터가 일정하지 않고, 변화하는 문제점이 발생된다.

또한, 이러한 변화를 보정하기 위하여 패턴을 측정할 때마다, 매번 광학계의 오차를 측정하고, 이를 적용하여 재정렬하는 것은 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 시간에 따라 발생되는 광학 오차를 보정하기 위하여, 오버레이 계측 장치의 오차를 교정하기 위한 방법을 개시하고, 오버레이 계측 장치의 오차를 재측정하고 재정렬하는데 발생되는 번거로움과 소요되는 시간을 감소시킬 수 있는 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 장치의 교정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 오버레이 계측 장치가 제공된다. 상기 오버레이 계측 장치는, 웨이퍼에 형성된 오버레이 타겟으로 조명을 지향시키도록 구성된 광원부; 상기 조명을 상기 오버레이 타겟 중 어느 한 지점의 측정위치에 집광시키는 대물렌즈와 상기 대물렌즈와 상기 측정위치에서 상기 웨이퍼의 표면으로부터의 거리를 조절하는 렌즈 초점 액추에이터와 상기 측정위치에서 반사되는 광을 통과시키는 핀홀이 형성되는 렌즈부; 상기 측정위치에서 반사된 빔을 통하여 상기 측정위치에서의 초점 이미지를 획득하는 검출부; 및 시간에 따라 변화하는 광학 오차를 측정하기 위하여 상기 핀홀의 이동을 제어하고, 상기 초점 이미지로 계측된 복수의 오버레이값들의 차이를 상기 핀홀의 위치 차이로 변환하는 단위 이동량을 산출하고, 상기 핀홀이 기준위치에서 상기 초점 이미지로 계측된 기준 오버레이값과 소정시간 이후에 계측된 비교 오버레이값의 차이를 나타내는 제 1 차이값이 미리 설정된 기준치 이하일 경우, 상기 제 1 차이값 이하를 보정값으로 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 기준 오버레이값과 상기 비교 오버레이값의 차이를 나타내는 상기 제 1 차이값이 상기 기준치 초과일 경우, 상기 제 1 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 제 1 변화량으로 변환하고, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 상기 제 1 변화량만큼 이동된 제 1 가상위치에서 계측된 제 1 가상 오버레이값과 상기 기준 오버레이값의 차이를 산출하여 제 2 차이값을 산출하고, 상기 제 2 차이값이 상기 기준치 이하일 경우에, 상기 제 1 변화량을 보정값으로 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제어부는, 상기 검출부에서 획득된 상기 오버레이 타겟의 이미지들을 저장하고, 저장된 상기 이미지들의 각각의 오버레이값을 산출하는 계측부; 상기 계측부에서 산출된 두 개 이상의 오버레이값의 차이를 상기 핀홀의 위치 차이인 변화량으로 변환하는 변환부; 상기 기준위치에서 상기 변화량을 적용하여 상기 핀홀의 가상위치를 산출하는 핀홀 위치 산출부; 상기 핀홀이 이동되도록 제어하는 핀홀 이동부; 상기 기준 오버레이값과 상기 비교 오버레이값을 비교하거나, 또는, 상기 핀홀이 상기 가상위치로 이동되어 계측된 가상 오버레이값과 상기 기준 오버레이값의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 비교부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 계측부는, 상기 소정시간 이전에, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 상기 기준 오버레이값을 산출하고, 상기 소정시간 이전에, 상기 핀홀이 상기 기준위치로부터 소정거리 이동된 위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 이동 오버레이값을 산출하고, 상기 소정시간 이후에, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 상기 비교 오버레이값을 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 변환부는, 상기 기준 오버레이값과 상기 이동 오버레이값의 차이를 상기 핀홀이 이동한 상기 소정거리로 나누어, 상기 핀홀이 단위이동 시 오버레이값의 변화를 나타내는 단위 이동량을 산출하는 단위이동량 산출부; 및 상기 기준 오버레이값과 상기 비교 오버레이값의 차이를 나타내는 상기 제 1 차이값을 상기 핀홀이 상기 소정시간 동안 변화된 위치차이인 제 1 변화량으로 변환하는 변화량 산출부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 변화량 산출부는, 상기 기준 오버레이값과 상기 가상 오버레이값의 차이를 나타내는 상기 제 2 차이값을 상기 핀홀이 상기 소정시간 동안 변화된 위치차이인 제 2 변화량으로 변환할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 비교부는, 상기 기준 오버레이값과 상기 비교 오버레이값을 차이로 산출된 상기 제 1 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 보정값을 0으로 산출하거나, 또는, 상기 제 1 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 상기 보정값으로 산출하고, 상기 제 1 차이값이 상기 기준치 초과일 경우, 상기 기준 오버레이값과 상기 가상 오버레이값 중 하나인 제 1 가상 오버레이값을 비교하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 비교부는, 상기 기준 오버레이값과 상기 가상 오버레이값의 차이로 산출된 상기 제 2 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 제 1 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 산출된 제 1 변화량을 상기 보정값으로 산출하고, 상기 제 2 차이값이 상기 기준치 초과일 경우, 상기 핀홀이 기준위치에서 오버레이값을 재계측 하거나, 또는, 상기 기준 오버레이값과 상기 가상 오버레이값 중 제 2 가상 오버레이값을 비교하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 오버레이 계측 장치의 교정 방법이 제공된다. 상기 오버레이 계측 장치의 교정 방법은, 웨이퍼에 형성된 오버레이 타겟으로 조명을 지향시키도록 구성된 광원부와, 대물렌즈, 렌즈 초점 액추에이터, 반사되는 광을 통과시키는 핀홀이 형성되는 렌즈부와, 초점 이미지를 획득하는 검출부와, 보정값을 산출하는 제어부를 포함하는, 오버레이 계측 장치를 이용한 오버레이 계측 장치의 교정 방법에 있어서, (a) 시간에 따라 변화하는 광학 오차를 측정하기 위하여 상기 핀홀의 이동을 제어하고, 상기 검출부에서 획득된 상기 오버레이 타겟의 이미지들을 저장하며, 저장된 상기 이미지들의 각각의 오버레이값을 계측하는 단계; (b) 상기 초점 이미지로 계측된 복수의 오버레이값들의 차이를 상기 핀홀의 위치 차이로 변환하는 단위 이동량을 산출하는 단계; (c) 상기 핀홀이 기준위치에서 상기 초점 이미지로 계측된 기준 오버레이값과 소정시간 이후에 계측된 비교 오버레이값의 차이를 나타내는 제 1 차이값을 산출하여, 상기 제 1 차이값이 미리 설정된 기준치에 포함되는지 판단하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 상기 제 1 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 제 1 차이값 이하를 보정값으로 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (a) 단계에서, (a-1) 소정시간 이전에, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 상기 기준 오버레이값을 산출하는 단계; (a-2) 상기 소정시간 이전에, 상기 핀홀이 상기 기준위치로부터 소정거리 이동된 위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 이동 오버레이값을 산출하는 단계; 및 (a-3) 상기 소정시간 이후에, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 상기 비교 오버레이값을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 기준 오버레이값과 상기 이동 오버레이값의 차이를 상기 핀홀이 이동한 상기 소정거리로 나누어, 상기 핀홀이 단위이동 시 오버레이값의 변화를 나타내는 상기 단위 이동량을 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (c) 단계 이후에, (e) 상기 (c) 단계에서 상기 제 1 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 상기 기준 오버레이값과 상기 핀홀이 제 1 가상위치로 이동되어 계측된 제 1 가상 오버레이값의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (e) 단계는, (e-1) 상기 제 1 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 제 1 변화량으로 변환하는 단계; (e-2) 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 상기 제 1 변화량만큼 이동된 제 1 가상위치에서 제 1 가상 오버레이값을 계측하는 단계; 및 (e-3) 상기 기준 오버레이값과 상기 제 1 가상 오버레이값의 차이를 제 2 차이값으로 산출하고, 상기 제 2 차이값이 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계;를 포함하고, 상기 (e-3) 단계 이후에, (f) 상기 제 2 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 제 1 변화량을 보정값으로 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (e) 단계 이후에, 상기 (e) 단계에서 상기 기준 오버레이값과 상기 제 1 가상 오버레이값의 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 상기 (a) 단계를 반복할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (e) 단계 이후에, (h) 상기 (e) 단계에서 상기 기준 오버레이값과 상기 제 1 가상 오버레이값의 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 기준 오버레이값과 상기 핀홀이 제 2 가상위치로 이동되어 계측된 제 2 가상 오버레이값의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (h) 단계는, (h-1) 상기 제 2 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 제 2 변화량으로 변환하는 단계; (h-2) 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 상기 제 2 변화량만큼 이동된 제 2 가상위치에서 제 2 가상 오버레이값을 계측하는 단계; 및 (h-3) 상기 기준 오버레이값과 상기 제 2 가상 오버레이값의 차이를 제 3 차이값으로 산출하고, 상기 제 3 차이값이 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계;를 포함하고, 상기 (h-3) 이후에, (i) 상기 (h-3) 단계에서 상기 제 3 차이값이 상기 기준치 이하일 경우에, 상기 제 2 변화량을 보정값으로 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (h) 단계 이후에, 상기 (h) 단계에서 상기 기준 오버레이값과 상기 제 2 가상 오버레이값의 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 상기 (a) 단계를 반복할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 시간에 따라 발생되는 광학 오차를 보정하기 위하여, 오버레이 계측 장치의 광학 오차를 산출하고, 광학 오차를 재측정하고 재정렬 시 발생되는 번거로움과 소요되는 시간을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 오버레이 계측 장치의 제어부를 나타내는 도면이다
도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 교정 방법을 나타내는 도면들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 방법의 교정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 방법의 교정 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

오버레이 계측 시스템은 웨이퍼(W)에 형성된 서로 다른 층에 각각 형성된 제 1 오버레이 키와 제 2 오버레이 키 사이의 오차를 계측하는 시스템이다.

예컨대, 제 1 오버레이 키는 이전 층(previous layer)에 형성된 오버레이 마크이며, 제 2 오버레이 키는 현재 층(current layer)에 형성된 오버레이 마크일 수 있다. 오버레이 마크는 다이 영역에 반도체 디바이스 형성을 위한 층을 형성하는 동시에 스크라이브 라인에 형성된다. 예를 들어, 제 1 오버레이 키는 절연막 패턴과 함께 형성되고, 제 2 오버레이 키는 절연막 패턴 위에 형성되는 포토레지스트 패턴과 함께 형성될 수 있다. 이런 경우 제 2 오버레이 키는 외부로 노출되어 있으나, 제 1 오버레이 키는 포토레지스트 층에 의해서 가려진 상태이며, 포토레지스트 재료로 이루어진 제 2 오버레이 키와는 광학적 성질이 다른 산화물로 이루어질 수 있다.

또한, 제 1 오버레이 키와 제 2 오버레이 키의 물리적 위치는 서로 다르지만, 초점면은 같거나 또는 서로 다를 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치(1000)를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 오버레이 계측 장치(1000)의 제어부(400)를 나타내는 도면이다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치는, 크게, 광원부(100), 렌즈부(200), 검출부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.

광원부(100)는. 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)에 형성된 오버레이 타겟(T)으로 조명을 지향시킬 수 있다. 구체적으로, 광원부(100)는 웨이퍼(W)에 적층된 제 1 레이어에 형성되는 제 1 오버레이 키와 상기 제 1 레이어의 상방에 적층된 제 2 레이어에 형성되는 제 2 오버레이 키가 위치하는 오버레이 타겟(T)으로 조명을 지향시키도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치는, 광원(110), 스펙트럼 필터(120), 편광필터, 조리개(130) 및 빔 스플리터(140)를 포함할 수 있다.

광원(110)은 할로겐 램프, 제논 램프, 슈퍼컨티늄 레이저(supercontinuum laser), 발광다이오드, 레이저 여기 램프(laser induced lamp) 등으로 형성될 수 있으며, 자외선 (UV, ultraviolet), 가시광선 또는 적외선(IR, infrared) 등의 다양한 파장을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

스펙트럼 필터(120)는 광원(110)에서 조사된 빔의 중심 파장 및 밴드 폭을 오버레이 타겟(T)에 형성된 상기 제 1 오버레이 키 및 상기 제 2 오버레이 키의 이미지 획득에 적합하도록 조절할 수 있다. 예컨대, 스펙트럼 필터(120)는 필터 휠, 선형 병진 디바이스, 플리퍼 디바이스 및 이들의 조합 중 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.

조리개(130)는 빛이 통과하는 개구가 형성된 불투명한 플레이트로 형성될 수 있으며, 광원(110)에서 조사된 빔이 오버레이 타겟(T)의 촬영에 적합한 형태로 변경될 수 있다.

조리개(130)는 빛의 양을 조절하는 구경 조리개(Aperture stop) 및 상의 맺히는 범위를 조절하는 시야 조리개(Field Stop) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 도 1과 같이, 광원(110)과 빔 스플리터(140) 사이에 형성될 수 있으며, 도시되지 않았지만, 빔 스플리터(140)와 렌즈부(200) 사이에 형성될 수 있다.

빔 스플리터(140)는 광원(110)으로부터 나온 후 조리개(130)를 통과한 빔의 일부는 투과시키고, 일부는 반사시켜서 광원(110)으로부터 나온 빔을 두 개의 빔으로 분리시킨다.

도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈부(200)는 상기 조명을 오버레이 타겟(T) 중 어느 한 지점의 측정위치에 집광시키는 대물렌즈(210)와 대물렌즈(210)와 상기 측정위치에서 오버레이 타겟(T)과의 거리를 조절하는 렌즈 초점 액추에이터(220)와 상기 측정위치에서 반사되는 광을 통과시키는 핀홀(230)이 형성될 수 있다.

대물렌즈(210)는 빔 스플리터(140)에서 반사된 빔을 웨이퍼(W)의 제 1 오버레이 키와 제 2 오버레이 키가 형성된 측정위치에 빔을 집광시키고 반사된 빔을 수집할 수 있다.

대물렌즈(210)는 렌즈 초점 액추에이터(220, lens focus actuator)에 설치될 수 있다.

렌즈 초점 액추에이터(220)는 대물렌즈(200)와 웨이퍼(W) 사이의 거리를 조절하여 초점면이 오버레이 타겟(T)에 위치하도록 조절할 수 있다.

렌즈 초점 액추에이터(220)는 제어부(400)의 제어에 의하여, 대물렌즈(200)를 웨이퍼(W) 방향으로 수직 이동시켜 초점 거리를 조절할 수 있다.

핀홀(230)은 유리 기판 등의 투명한 기판 상부에 홀부를 갖는 불투명층으로 구성되어, 상기 홀부로 입사되는 광이 통과할 수 있다. 이때, 상기 홀부는 복수개로 형성되어, 상기 홀부의 크기나 모양에 따라 선택적으로 사용이 가능하다.

핀홀(230)은 웨이퍼(W)를 기준으로 사방으로 이동할 수 있으며, 즉, X축과 Y축으로 이동하여 광이 통과하는 위치를 제어할 수 있다.

렌즈부(200)를 사용하여 웨이퍼(W)를 측정할 경우, 대물렌즈(210)를 제어함에 따라 이미지가 촬영되는 영역이 달라지고, 이때, 대물렌즈(210)로 웨이퍼(W)를 촬영할 수 있는 영역이 시야각(FOV)이다. 즉, 대물렌즈(210)로 시야각(FOV)을 조절할 수 있으며, 렌즈 초점 액추에이터(220)로 포커스를 조절할 수 있다.

또한, 렌즈부(200)는 웨이퍼(W)의 정위치를 확인하는 글로벌 마크를 측정할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 검출부(300)는 상기 측정위치에서 반사된 빔을 통하여 상기 측정위치에서의 초점 이미지를 획득할 수 있다.

검출부(300)는 오버레이 타겟(T)에서 반사된 빔이 빔 스플리터(140)를 통과하여 나오는 빔을 캡쳐하여, 제 1 오버레이 키 및 제 2 오버레이 키의 이미지를 획득할 수 있다.

검출부(300)는 오버레이 타겟(T)으로부터 반사된 빔을 측정할 수 있는 광학 검출기를 포함할 수 있으며, 예컨대, 상기 광학 검출기는 빛을 전하로 변환시켜 이미지를 추출하는 전하결합소자(CCD, charge-coupled device), 집적회로의 하나인 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor) 센서, 빛을 측정하는 광전 증폭관(PMT, photomultiplier tube), 광검파기로서 APD(avalanche photodiode) 어레이 또는 이미지를 생성하거나 캡쳐하는 다양한 센서 등을 포함할 수 있다.

검출부(300)는 필터, 편광판, 빔 블록을 포함할 수 있으며, 대물렌즈(210)에 의해 수집된 조명을 수집하기 위한 임의의 수집 광학 컴포넌트(미도시)를 더 포함할 수 있다.

또한, 검출부(300)는 웨이퍼(W)의 정위치를 확인하는 글로벌 마크를 계측할 수 있다.

웨이퍼(W)가 스테이지의 상부에 안착되어, 상기 스테이지의 상부에서 웨이퍼(W)가 고정되며, 상기 스테이지는 상방의 렌즈부(200)에서 웨이퍼(W)의 오버레이 타겟(T)을 측정할 수 있도록 수평방향으로 이동 및 회전이 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(400)는 광원부(100)에서 조사되는 조명의 지향을 제어할 수 있고, 상기 조명을 오버레이 타겟(T)에 집광시키고 반사빔을 수집할 수 있도록 렌즈부(200)를 제어할 수 있으며, 렌즈부(200)에서 수집된 상기 반사빔을 통하여 측정된 초점 이미지를 획득할 수 있도록 검출부(300)를 제어하고, 오버레이 타겟이 렌즈부(200)의 하방에 위치되도록 상기 스테이지의 이동을 제어할 수 있다.

또한, 제어부(400)는 시간에 따라 변화하는 광학 오차를 측정하기 위하여 핀홀(230)의 이동을 제어하고, 상기 초점 이미지로 계측된 복수의 오버레이값들의 차이를 핀홀(230)의 위치 차이로 변환하는 단위 이동량(ovl0)을 산출하고, 핀홀(230)이 기준위치(x1)에서 상기 초점 이미지로 계측된 기준 오버레이값(ovl1)과 소정시간(t) 이후에 계측된 비교 오버레이값(ovl3)의 차이를 나타내는 제 1 차이값(diff1)이 미리 설정된 기준치 이하일 경우, 제 1 차이값(diff1) 이하를 보정값으로 산출할 수 있다.

구체적으로, 제어부(400)는 광원 동작부(410), 렌즈 동작부(420), 계측부(440), 변환부(450), 핀홀 위치 산출부(460), 핀홀 이동부(470) 및 비교부(480)를 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 광원 동작부(410)는 광원부(100)에서 조사되는 조명의 지향을 제어할 수 있고, 렌즈 동작부(420)는 상기 조명이 오버레이 타겟(T)에 집광되고 초점 이미지를 획득하도록 렌즈 초점 액추에이터(220)의 동작을 제어할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 계측부(440)는 검출부(300)에서 획득된 오버레이 타겟(T)의 이미지들을 저장하고, 저장된 상기 이미지들의 각각의 오버레이값을 산출할 수 있다.

예컨대, 웨이퍼(W)에 형성된 오버레이 타겟(T)이 렌즈부(200)의 하방으로 위치되도록 제어하고, 이에 따라, 렌즈 동작부(420)에서 대물렌즈(210)와 렌즈 초점 액추에이터(220)를 제어하여 각각의 위치에서 측정된 오버레이 타겟(T)의 이미지가 획득되어 계측부(440)에 저장될 수 있다.

또한, 계측부(440)는 저장된 오버레이 타겟(t)의 이미지에서 각각의 오버레이값을 산출하여 저장할 수 있다.

구체적으로, 계측부(440)는 기준 오버레이값(ovl1), 이동 오버레이값(ovl2) 및 비교 오버레이값(ovl3)을 산출하여 저장할 수 있다.

기준 오버레이값(ovl1)은 소정시간(t) 이전에 핀홀(230)이 기준위치(x1)에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 산출된 오버레이값이다. 예컨대, 소정시간(t)이 24시간으로 설정된 경우, 기준 오버레이값(ovl1)은 현재를 기준으로 24시간 이전, 즉, 현재와 동일한 시간의 어제 계측된 오버레이값일 수 있다.

이때, 기준 오버레이값(ovl1)은 핀홀(230)의 기준위치(x1)가 X축 30. Y축 30일 경우에 36 프레임(frame)의 오버레이값들을 계측하고, 상기 오버레이값들의 평균으로 산출된 데이터를 포함할 수 있다.

기준위치(x1)는 핀홀(230)이 오버레이 계측 장치(1000)를 기준으로 위치하는 좌표로서, (x, y)로 나타낼 수 있다.

이동 오버레이값(ovl2)은 소정시간(t) 이전에 핀홀(230)이 기준위치(x1)로부터 소정거리(x0) 이동된 위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 산출된 오버레이값이다.

예를 들어, 이동 오버레이값(ovl2)은 기준 오버레이값(ovl1)을 측정한 이후, 기준 오버레이값(ovl1)을 측정함과 거의 동시에 측정될 수 있다. 즉, 시간에 따른 오버레이 계측 장치(1000)의 광학적 변화가 없을 정도의 시간 내에서 측정될 수 있다.

예컨대, 이동 오버레이값(ovl2)은 현재를 기준으로 24시간 이전에 계측된 오버레이값이다. 이때, 소정거리(x0)를 3um로 설정하여, 기준 오버레이값(ovl1)은 핀홀(230)의 위치가 기준위치(x1)에서 이동 오버레이값(ovl2)을 측정한 이후에, 3um이동한 X축 33. Y축 33에서 36 프레임의 오버레이값들을 계측하고, 상기 오버레이값들의 평균으로 산출된 데이터를 포함할 수 있다.

비교 오버레이값(ovl3)은 소정시간(t) 이후에 기준위치(x1)에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 산출된 오버레이값이다. 예컨대, 비교 오버레이값(ovl3)은 기준 오버레이값(ovl1) 및 이동 오버레이값(ovl2)을 측정한 24시간 이후에 계측된 오버레이값일 수 있다.

이때, 비교 오버레이값(ovl3)은 핀홀(230)의 기준위치(x1)가 X축 30. Y축 30일 경우에 36 프레임의 오버레이값들을 계측하고, 상기 오버레이값들의 평균으로 산출된 데이터를 포함할 수 있다. 이때, 비교 오버레이값(ovl3)은 기준 오버레이값(ovl1)과 핀홀(230) 위치가 동일한 기준위치(x1)에서 계측되었으나, 소정시간(t)이 지남에 따라 오버레이 계측 장치(1000)의 변화량이 발생하여, 핀홀(230)의 기준위치(x1)는 변하지 않더라도, 실제로 핀홀(230)의 위치는 오버레이 계측 장치(1000)와 함께 변화된 것일 수 있다.

또한, 도시되지 않았지만, 계측부(440)는 추가 오버레이값를 산출하여 저장할 수 있다.

예를 들어, 상기 추가 오버레이값은 비교 오버레이값(ovl3)을 측정한 이후, 비교 오버레이값(ovl3)을 측정함과 거의 동시에 측정될 수 있다. 그리하여, 상기 추가 오버레이값은 다시 소정시간(t) 이후에 이동 오버레이값으로 추출될 수 있다.

기준 오버레이값(ovl1), 이동 오버레이값(ovl2), 비교 오버레이값(ovl3) 및 상기 추가 오버레이값은 설정된 소정시간(t)에 따라 반복적으로 계측되는 값이며, 따라서, 비교 오버레이값(ovl3)이 기준시간(t) 이후의 기준 오버레이값(ovl1)으로 재설정되고, 상기 추가 오버레이값이 이동 오버레이값(ovl2)으로 재설정될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 변환부(450)는 계측부(440)에서 산출된 두 개 이상의 오버레이값의 차이를 핀홀(230)의 위치 차이인 변화량(ac)으로 변환할 수 있다.

구체적으로, 변환부(450)는 단위이동량 산출부(451) 및 변화량 산출부(452)를 포함할 수 있다.

단위이동량 산출부(451)는 기준 오버레이값(ovl1)과 이동 오버레이값(ovl2)의 차이를 핀홀(230)이 이동한 소정거리(x0)로 나누어, 핀홀(230)이 단위이동 시 오버레이값의 변화를 나타내는 단위 이동량(ovl0)을 산출할 수 있다.

단위이동량 산출부(451)는 동일한 시간에 핀홀(230)이 서로 다른 위치에 따라 각각 계측된 오버레이값의 차이를 통하여, 핀홀(230)의 이동량에 대비되어 계측된 오버레이값의 차이를 단위 이동량(ovl0)으로 산출할 수 있다. 즉, 단위 이동량(ovl0)는 핀홀(230)이 1um 이동하였을 때, 오버레이값의 변화량이다.

구체적으로, 핀홀(230)의 기준위치(x1)인 X축 30, Y축 30에서 계측된 기준 오버레이값(ovl1)과 X축, Y축 각각에 소정거리(x0)인 3씩 이동되어, X축 33, Y축 33으로 이동된 거리에서 계측된 이동 오버레이값(ovl2)의 차이를, 소정거리(x0)인 3으로 나누어, 핀홀(230)이 1um 이동시 변화되는 오버레이값을 단위 이동량(ovl0)로 산출할 수 있다.

구체적으로 설명하면, 오버레이값에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 핀홀(230)의 이동 거리를 역산할 수 있다. 즉, 동일한 지점에서 서로 다른 시간에 계측된 두 개의 오버레이값의 차이에 단위 이동량(ovl0)을 적용하면 상기 두 개의 오버레이값의 핀홀(230)의 위치 차이를 산출할 수 있으며, 이때, 핀홀(230)의 위치 차이가 오버레이 계측 장치(100)에서 시간에 따라 구조적으로 발생되는 변화라고 판단할 수 있다.

예컨대, 오버레이 계측 장비(1000)는 소정시간(t) 동안 제 1 변화량(ac1) 만큼 변화하고, 이러한 변화는, 핀홀(230)이 좌표를 이동하지 않았음에도 오버레이값이 다르게 계측될 수 있다. 따라서, 오버레이 계측 장비(1000)에서 소정시간(t) 간격으로 측정하여 계측된 오버레이값들의 차이가 실제로 오버레이 계측 장비(1000)가 소정시간(t) 동안 변화된 양일 수 있다.

즉, 오버레이 계측 장비(1000)에서 소정시간(t) 간격으로 측정하여 계측된 오버레이값들을 핀홀(230)의 변화량으로 역산하여 핀홀(230)의 변화량을 오버레이 계측 장비(1000)의 변화량으로 추정할 수 있다.

변화량 산출부(452)는 소정시간(t) 차이를 두고 계측된 기준 오버레이값(ovl1)과 비교 오버레이값(ovl3)의 차이에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 핀홀(230)이 소정시간(t) 동안 변화된 위치차이인 제 1 변화량(ac1)으로 변환할 수 있다.

즉, 변환부(450)는 기준 오버레이값(ovl1)과 비교 오버레이값(ovl3)의 차이를 통하여 오버레이 계측 장치(1000)에서 시간에 따라 구조적으로 발생되는 변화를 핀홀(230)의 변화량으로 나타낼 수 있다.

또한, 변화량 산출부(452)는 기준 오버레이값(ovl1)과 가상 오버레이값의 차이를 나타내는 제 2 차이값(diff2)을 핀홀(230)이 소정시간(t) 동안 변화된 위치차이인 제 2 변화량(ac2)으로 변환할 수 있다.

즉, 변환부(450)는 기준 오버레이값(ovl1)과 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이를 통하여 오버레이 계측 장치(1000)에서 시간에 따라 구조적으로 발생되는 변화를 핀홀(230)의 변화량으로 나타낼 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 핀홀 위치 산출부(460)는 기준위치(x1)에서 변화량(ac)을 적용하여 핀홀(230)의 가상위치를 산출할 수 있다. 예컨대, 핀홀 위치 산출부(460)는 기준위치(x1)로부터 제 1 변화량(ac1) 만큼 이동한 핀홀(230)의 제 1 가상위치(px1)를 산출할 수 있다.

이때, 가상위치(px1)는 오버레이 계측 장치(1000)가 현재부터 소정시간(t) 지난 이후 변화할 양을 핀홀(230)을 기준으로 산출한 것으로서, 예를 들면, 현재 핀홀(230)의 기준위치(x1)로부터 소정시간(t) 지난 이후에 제 1 변화량(ac1) 만큼 이동될 것으로 예측된 위치이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 핀홀 이동부(470)는 핀홀(230)이 이동되도록 제어할 수 있다. 핀홀 이동부(470)는 핀홀(230)이 웨이퍼(W)를 기준으로 사방으로 이동할 수 있도록 조절하여, 광이 통과하는 위치를 제어할 수 있다.

예컨대, 핀홀 이동부(470)는 기준 오버레이값(ovl1) 및 비교 오버레이값(ovl3)을 계측하기 위하여 핀홀(230)이 기준위치(x1)로 이동되도록 제어할 수 있으며, 이동 오버레이값(ovl2)을 계측하기 위하여 핀홀(230)을 소정거리(x0) 이동시킬 수 있다.

또한, 핀홀 이동부(470)는 핀홀 위치 산출부(460)에서 산출된 핀홀(230)의 가상위치(px)로 이동되도록 제어할 수 있다. 이때, 가상위치(px)는 후술될 제 1 가상위치(px1) 및 제 2 가상위치(px2)를 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 비교부(480)는 기준 오버레이값(ovl1)과 비교 오버레이값(ovl1)의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단할 수 있다.

구체적으로, 비교부(480)는 핀홀(230)이 기준위치(x1)에서 소정시간(t) 이전에 계측된 기준 오버레이값(ovl1)과 소정시간(t) 이후에 계측된 비교 오버레이값(ovl3)의 차이를 산출할 수 있다.

이때, 비교부(480)는 기준 오버레이값(ovl1)과 비교 오버레이값(ovl3)의 차이로 산출된 제 1 차이값(diff1)이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 보정값을 0으로 산출하거나, 또는, 제 1 차이값(diff1)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 보정값을 산출할 수 있다.

즉, 비교부(480)는 기준 오버레이값(ovl1)과 비교 오버레이값(ovl3)의 차이가 일정 수준 아래로서, 변화 허용 오차 범위 내인 것으로 판단될 경우, 상기 보정값을 0으로 산출하여 적용할 수 있다. 즉, 계측 시 보정을 하지 않을 수 있다. 또는, 제 1 차이값(diff1)에 단위 이동량(ovl0)을 적용한 제 1 변화량(ac1)을 상기 보정값으로 산출할 수 있다.

또는, 비교부(480)는 제 1 차이값(diff1)이 상기 기준치 초과일 경우, 핀홀(230)이 가상위치(px)로 이동되어 계측된 가상 오버레이값(povl)과 기준 오버레이값(ovl1)의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단할 수 있다.

예컨대, 제 1 차이값(diff1)이 상기 기준치 초과일 경우, 변화량 산출부(452)에서 제 1 차이값(diff1)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 제 1 변화량(ac1)으로 변환하고, 핀홀 위치 산출부(460)에서 제 1 가상위치(px1)를 산출하고, 렌즈 동작부(420)를 통하여 계측부(440)에서 제 1 가상 오버레이값(povl1)을 계측할 수 있다.

이어서, 비교부(480)는 핀홀(230)이 기준위치(x1)로부터 제 1 변화량(ac1)만큼 이동한 제 1 가상위치(px1)에서 계측된 제 1 가상 오버레이값(povl1)과 기준 오버레이값(ovl1)의 차이인 제 2 차이값(diff2)을 산출하고, 상기 기준값과 비교할 수 있다.

이때, 비교부(480)는 기준 오버레이값(ovl1)과 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이로 산출된 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 제 1 변화량(ac1)을 보정값으로 산출할 수 있다. 즉, 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 이하일 경우, 제 1 차이값(diff1)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 산출된 제 1 변화량(ac1)을 보정값으로 산출할 수 있다.

비교부(480)는 기준 오버레이값(ovl1)과 산출된 오버레이값인 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이가 일정 수준 아래로서, 변화가 일정하다고 판단될 경우, 제 1 변화량(ac1)을 시간에 따른 보정값으로 산출할 수 있다. 이때, 상기 기준치는 상기 기준치는 기존의 데이터에서 산출된 적용가능한 임계값을 나타내는 수치를 포함할 수 있으며, 예컨대, 0.4nm 내지 0.6nm일 수 있으며, 바람직하게는 0.5nm일 수 있다.

비교부(480)는 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 초과일 경우, 핀홀(230)이 기준위치(xc1)에서 오버레이값을 재계측 할 수 있다. 예컨대, 기준위치(xc1)에서 비교 오버레이값(ovl3)를 재계측하여, 제 1 차이값(diff1)을 재산출하고, 제 2 차이값(diff2)을 재산출할 수 있다. 그리하여, 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 이하로 재산출 될 경우, 기존 계측시 핀홀(230)의 오류로 인한 것이라고 판단되며, 이때의 제 1 변화량(ac1)을 보정값으로 산출할 수 있으며, 또는, 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 초과로 재산출 될 경우, 기존 계측시 핀홀(230)의 오류로 인한 것이 아니라고 판단되며, 후술될 제 3 차이값(diff3)을 산출할 수 있다.

또는, 비교부(480)는 제 2 차이값(diff1)이 상기 기준치 초과일 경우, 핀홀(230)이 제 2 가상위치(px2)로 이동되어 계측된 제 2 가상 오버레이값(povl2)과 기준 오버레이값(ovl1)의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단할 수 있다.

예컨대, 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 초과일 경우, 변화량 산출부(452)에서 제 2 차이값(diff2)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 제 2 변화량(ac2)으로 변환하고, 핀홀 위치 산출부(460)에서 제 2 가상위치(px2)를 산출하고, 렌즈 동작부(420)를 통하여 계측부(440)에서 제 2 가상 오버레이값(povl2)을 계측할 수 있다.

이어서, 비교부(480)는 핀홀(230)이 기준위치(x1)로부터 제 2 변화량(ac2)만큼 이동한 제 2 가상위치(px2)에서 계측된 제 2 가상 오버레이값(povl2)과 기준 오버레이값(ovl1)의 차이인 제 3 차이값(diff3)을 산출하고, 상기 기준값과 비교할 수 있다.

이때, 비교부(480)는 기준 오버레이값(ovl1)과 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이로 산출된 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 제 2 변화량(ac2)을 보정값으로 산출할 수 있다. 즉, 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 이하일 경우, 제 1 차이값(diff1)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 산출된 제 2 변화량(ac2)을 보정값으로 산출할 수 있다.

비교부(480)는 기준 오버레이값(ovl1)과 산출된 오버레이값인 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이가 일정 수준 아래로서, 변화가 일정하다고 판단될 경우, 제 2 변화량(ac2)을 시간에 따른 보정값으로 산출할 수 있다. 이때, 상기 기준치는 0.4nm 내지 0.6nm이며, 바람직하게는 0.5nm일 수 있다.

이때, 비교부(480)는 기준 오버레이값(ovl1)과 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이로 산출된 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 제 2 변화량(ac2)을 보정값으로 산출할 수 있다. 즉, 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 이하일 경우, 제 2 차이값(diff2)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 산출된 제 2 변화량(ac2)을 보정값으로 산출할 수 있다.

비교부(480)는 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 초과일 경우, 핀홀(230)이 기준위치(xc1)에서 오버레이값을 재계측 할 수 있다. 예컨대, 기준위치(xc1)에서 비교 오버레이값(ovl3)를 재계측하여, 제 1 차이값(diff1), 제 2 차이값(diff2) 및 제 3 차이값(diff3)을 재산출할 수 있다. 그리하여, 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 이하로 재산출 될 경우, 기존 계측시 핀홀(230)의 오류로 인한 것이라고 판단되며, 이때의 제 2 변화량(ac1)을 보정값으로 산출할 수 있으며, 또는, 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 초과로 재산출 될 경우, 기존 계측시 핀홀(230)의 오류로 인한 것이 아니라고 판단되며, 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 초과로 확정될 수 있다.

또는, 비교부(480)는 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 초과일 경우, 보정값을 적용하여도 오차 범위 내로 수용되지 않는 것으로 판단되어, 오버레이 계측 장치(1000)의 광학 정렬이 잘못된 것으로 산출될 수 있다. 이에 따라, 비교부(480)는 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 초과일 경우, 오버레이 계측 장치(1000)의 광학 정렬이 재정비될 수 있도록, 제어부, 모니터, 사용자의 단말기 등을 통하여 사용자에게 알림 및 경고를 표시할 수 있다.

이외에도, 도시되지 않았지만, 제어부(400)에서 수행되는 일련의 과정은 사용자가 모니터링할 수 있도록 표시부(미도시)를 포함할 수 있으며, 사용자가 직접 제어할 수 있는 입력부(미도시)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 표시부를 통하여 계측부(440), 변환부(450), 핀홀 위치 산출부(460), 핀홀 이동부(470) 및 비교부(480)와 이를 통하여 산출되는 데이터 및 이미지들을 확인할 수 있으며, 상기 입력부를 통하여 사용자가 광원 동작부(410), 렌즈 동작부(420), 핀홀 이동부(470)를 직접 제어하거나, 오버레이 타겟(T)의 이미지, 보정값 등을 직접 선정, 변경 및 산출할 수 있다.

또한, 오버레이 계측 장치는 제어부(400)에 의해 오버레이 계측 장치의 각 구성의 동작을 제어하도록 하는 명령어들, 프로그램, 로직 등을 저장하는 메모리 등을 포함할 수 있으며, 필요에 따라 구성 요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.

도 3 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 교정 방법을 나타내는 도면들이고, 도 10은 오버레이 계측 방법의 교정 방법을 나타내는 순서도이고, 도 11은 오버레이 계측 방법의 교정 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오버레이 계측 장치의 교정 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, (a) 오버레이값을 계측하는 단계와, (b) 오버레이값의 차이를 핀홀(230)의 위치 차이로 변환하는 단계와, (c) 기준 오버레이값(ovl1)과 비교 오버레이값(ovl3)의 차이값이 기준치에 포함되는지 판단하는 단계와, (d) 제 1 차이값이 기준치 이하일 경우, 제 1 차이값 이하를 보정값으로 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (a) 단계는, 웨이퍼(W)에 형성된 오버레이 타겟(T)이 렌즈부(200)의 하방으로 위치되도록 제어하고, 이에 따라, 렌즈 동작부(420)에서 대물렌즈(210)와 렌즈 초점 액추에이터(220)를 제어하여 각각의 위치에서 측정된 오버레이 타겟(T)의 이미지가 획득되는 단계이다.

또한, 상기 (a) 단계는, 시간에 따라 변화하는 광학 오차를 측정하기 위하여 핀홀(230)의 이동을 제어하고, 검출부(300)에서 획득된 오버레이 타겟(T)의 이미지들을 저장하며, 저장된 상기 이미지들의 각각의 오버레이값을 계측하는 단계이다.

구체적으로, 상기 (a) 단계는 동일한 시간에 핀홀(230)이 소정거리(x0) 이동 전과, 이동 후의 오버레이값을 계측하고, 또한, 소정시간(t) 이전과 이후의 오버레이값을 계측하는 단계이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 (a) 단계는, (a-1) 기준 오버레이값(ovl1)을 산출하는 단계와, (a-2) 이동 오버레이값을 산출하는 단계 및 (a-3) 비교 오버레이값(ovl3)을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 (a-1) 단계는, 소정시간(t) 이전에 핀홀(230)이 기준위치(x1)에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 기준 오버레이값(ovl1)을 산출하는 단계이다. 예컨대, 소정시간(t)은 24시간으로 설정할 경우, 기준 오버레이값(ovl1)은 24시간 이전, 즉 어제 계측된 오버레이값일 수 있다.

상기 (a-2) 단계는, 소정시간(t) 이전에 핀홀(230)이 기준위치(x1)로부터 소정거리(t) 이동된 위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 이동 오버레이값을 산출하는 단계이다. 예컨대, 이동 오버레이값(ovl2)은 기준 오버레이값(ovl1)을 측정한 이후, 기준 오버레이값(ovl1)을 측정함과 거의 동시에 측정될 수 있다. 즉, 이동 오버레이값(ovl2)은 24시간 이전에 계측된 오버레이값이다.

상기 (a-3) 단계는, 소정시간(t) 이후에 기준위치(x1)에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 비교 오버레이값(ovl3)을 산출하는 단계이다. 예컨대, 비교 오버레이값(ovl3)은 기준 오버레이값(ovl1) 및 이동 오버레이값(ovl2)을 측정한 24시간 이후, 즉, 오늘 계측된 오버레이값일 수 있다.

즉, 상기 (a) 단계에서, 상기 (a-1) 단계 및 상기 (a-2) 단계는 소정시간(t) 이전에 오버레이를 계측하는 단계이고, 상기 (a-3) 단계는 소정시간(t) 이후에 오버레이를 계측하는 단계이다. 예를 들어, 소정시간(t)이 24시간 일 경우, 상기 (a-1) 단계 및 상기 (a-2) 단계는 24시간 이전, 즉, 어제 수행된 오버레이 계측 단계이며, 상기 (a-3) 단계는 24시간 이후, 즉, 오늘(어제와 동일한 시간) 수행된 오버레이 계측 단계이다.

이때, 상기 (a-3) 단계는, 후술될 (b-1) 단계 이후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 소정시간(t) 이전에 기준 오버레이값(ovl1) 및 이동 오버레이값(ovl2)을 측정하여 후술될 (b-1) 단위 이동량(ovl0)을 산출하고, 소정시간(t) 이후에 비교 오버레이값(ovl3)을 산출할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 (b) 단계는, 상기 초점 이미지로 계측된 복수의 오버레이값들의 차이를 핀홀(230)의 위치 차이로 변환하는 단위 이동량(ovl0)을 산출하는 단계이다. 즉, 상기 (b) 단계에서 기준 오버레이값(ovl0)과 이동 오버레이값(ovl2)의 차이를 핀홀(230)이 이동한 소정거리(x0)로 나누어, 핀홀(230)이 단위이동 시 오버레이값의 변화를 나타내는 단위 이동량(ovl0)을 산출할 수 있다.

구체적으로, 상기 (b) 단계는, 상기 (a-1) 단계 및 상기 (a-2) 단계에서 계측된 동일한 시간에 핀홀(230)이 서로 다른 위치에 따라 각각 계측된 오버레이값의 차이를 통하여, 핀홀(230)의 이동량과 상기 이동량에 대비하여 변화한 오버레이값을 단위 이동량(ovl0)으로 산출하는 단계이다. 예컨대, 상기 (b) 단계는, 핀홀(230)이 1um 이동하였을 때 변화한 오버레이값을 나타내는 단위 이동량(ovl0)을 산출하는 단계이다.

이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (b) 단계는, 상기 (a-3) 단계 이전에 수행될 수 있다.

도 3 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (c) 단계는, 핀홀(230)이 기준위치(x0)에서 상기 초점 이미지로 계측된 기준 오버레이값(ovl1)과 소정시간 이후에 계측된 비교 오버레이값(ovl3)의 차이를 나타내는 제 1 차이값(diff1)을 산출하여, 제 1 차이값(diff1)이 미리 설정된 기준치에 포함되는지 판단하는 단계이다.

도 5 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (c) 단계에서 제 1 차이값(diff1)이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 (d) 단계를 수행할 수 있다.

상기 (d) 단계는, 상기 (c) 단계에서 상기 제 1 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 제 1 차이값(diff1) 이하를 보정값으로 산출하는 단계이다.

즉, 상기 (d) 단계는, 상기 (c) 단계에서 기준 오버레이값(ovl1)과 비교 오버레이값(ovl3)의 차이가 일정 수준 아래로서, 변화 허용 오차 범위 내인 것으로 판단될 경우, 상기 보정값을 0으로 산출하여 적용할 수 있다. 즉, 계측 시 보정을 하지 않을 수 있으며, 또는, 제 1 차이값(diff1)에 단위 이동량(ovl0)을 적용한 제 1 변화량(ac1)을 상기 보정값으로 산출하는 단계이다.

이때, 도시되지 않았지만, 상기 (c) 단계 이전에, 상기 기준치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기준치는 기존의 데이터에서 산출된 적용가능한 임계값을 나타내는 수치를 포함할 수 있으며, 또는, 사용자의 입력으로 저장될 수 있다. 상기 기준치는 0.4nm 내지 0.6nm이며, 바람직하게는 0.5nm일 수 있다.

도 5 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (c) 단계에서 제 1 차이값(diff1)이 상기 기준치 초과일 경우, 상기 (c) 단계 이후에, (e) 단계를 수행할 수 있다.

상기 (e) 단계는, 상기 (c) 단계에서 제 1 차이값(diff1)이 상기 기준치를 초과할 경우, 기준 오버레이값(ovl1)과 핀홀(230)이 제 1 가상위치(px1)로 이동되어 계측된 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계이다.

예컨대, 상기 (e) 단계는, 상기 (c)에서 제 1 차이값(diff1)이 상기 기준치 초과일 경우, 제 1 차이값(diff1)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 제 1 변화량(ac1)으로 변환하고, 제 1 가상위치(px1)를 산출하고, 제 1 가상 오버레이값(povl1)을 계측하는 단계이다.

구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 (e) 단계는, (e-1) 제 1 차이값(diff1)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 제 1 변화량(ac1)으로 변환하는 단계, (e-2) 제 1 가상위치(px1)에서 제 1 가상 오버레이값(povl1)을 계측하는 단계 및 (e-3) 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (e-1) 단계는, 기준 오버레이값(ovl1)과 비교 오버레이값(ovl3)의 차이를 핀홀(230)이 소정시간(t) 동안 변화된 위치차이인 제 1 변화량(ac1)으로 변환하는 단계이다.

즉, 상기 (e-1) 단계는, 기준 오버레이값(ovl1)과 비교 오버레이값(ovl3)의 차이를 통하여 오버레이 계측 장치(1000)에서 시간에 따라 구조적으로 발생되는 변화를 핀홀(230)의 변화량으로 변화하는 단계이다.

도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (e-2) 단계는 핀홀(230)이 기준위치(x0)에서 제 1 변화량(ac1)만큼 이동된 제 1 가상위치(px1)에서 제 1 가상 오버레이값(povl1)을 계측하는 단계이다.

예컨대, 상기 (e-2) 단계에서 기준위치(x1)로부터 제 1 변화량(ac1) 만큼 이동한 핀홀(230)의 제 1 가상위치(px1)를 산출할 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 (e-2) 단계는 핀홀(230)이 기준위치(x1)로부터 소정시간(t) 지난 이후에 제 1 변화량(ac1) 만큼 이동될 것으로 예측된 위치를 산출하여, 오버레이 계측 장치(1000)가 소정시간(t) 지난 이후 변화할 양을 핀홀(230)을 기준으로 산출하는 단계이다. 또는, 상기 (e-2) 단계는 핀홀(230)이 기준위치(x1)에서 소정시간(t) 지난 이후, 제 1 변화량(ac1) 만큼 이동할 것으로 예측된 위치를 산출하여, 오버레이 계측 장치(1000)가 소정시간(t) 이전으로부터 변화된 양을 핀홀(230)을 기준으로 산출하는 단계이다.

이어서, 상기 (e-2) 단계는 핀홀(230)을 제 1 가상위치(px1)로 이동하여 제 1 가상 오버레이값(povl1)을 계측할 수 있다. 즉, 상기 (e-2) 단계에서 핀홀(230)을 기준위치(x1)로부터 제 1 변화량(ac1) 이동하여 제 1 가상위치(px1)로 이동시키고, 이때의 오버레이값인 제 1 가상 오버레이값(povl1)을 계측하는 단계이다.

도 6 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (e-3) 단계는 기준 오버레이값(ovl1)과 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이를 제 2 차이값(diff2)으로 산출하고, 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계이다.

구체적으로, 상기 (e-3) 단계에서 핀홀(230)이 기준위치(x1)에서 계측된 기준 오버레이값(ovl1)과 제 1 가상위치(px1)로 이동되어 계측된 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이를 산출하여, 차이값이 상기 기준치에 포함되는지 판단할 수 있다.

도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (e-3) 단계에서 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 (f) 단계를 수행할 수 있다.

상기 (f) 단계는, 상기 (e-3) 단계에서 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 이하일 경우, 제 1 변화량(ac1)을 보정값으로 산출하는 단계이다.

즉, 상기 (f) 단계는, 상기 (e) 단계에서 기준 오버레이값(ovl1)과 제 1 가상 오버레이값(povl3)의 차이가 일정 수준 아래로서, 변화가 일정하다고 판단될 경우, 제 1 변화량(ac1)을 시간에 따른 보정값으로 산출하는 단계이다.

도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (e) 단계에서 기준 오버레이값(ovl1)과 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 상기 (a) 단계를 반복할 수 있다. 예컨대, 상기 (e) 단계 이후에, 기준위치(xc1)에서 비교 오버레이값(ovl3)를 재계측하여, 제 1 차이값(diff1)을 재산출하고, 제 2 차이값(diff2)을 재산출할 수 있다.

그리하여, 반복된 (e) 단계에서 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 이하로 재산출 될 경우, 기존 계측시 핀홀(230)의 오류로 인한 것이라고 판단되며, 이때의 제 1 변화량(ac1)을 보정값으로 산출할 수 있으며, 또는, 반복된 (e) 단계에서 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 초과로 재산출 될 경우, 기존 계측시 핀홀(230)의 오류로 인한 것이 아니라고 판단되며, 후술될 제 3 차이값(diff3)을 산출하는 단계가 수행될 수 있다.

도 7 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (e) 단계에서 기준 오버레이값(ovl1)과 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이값이 상기 기준치 초과일 경우, 상기 (e) 단계 이후에, (h) 단계를 수행할 수 있다

상기 (h) 단계는, 상기 (e) 단계에서 기준 오버레이값(ovl1)과 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이값, 즉, 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치를 초과할 경우, 기준 오버레이값(ovl1)과 핀홀(230)이 제 2 가상위치(px2)로 이동되어 계측된 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계이다.

예컨대, 상기 (h) 단계는, 상기 (e)에서 제 2 차이값(diff2)이 상기 기준치 초과일 경우, 제 2 차이값(diff2)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 제 2 변화량(ac2)으로 변환하고, 제 2 가상위치(px2)를 산출하고, 제 2 가상 오버레이값(povl2)을 계측하는 단계이다.

구체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 (h) 단계는, (h-1) 제 2 차이값(diff2)에 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 제 2 변화량(ac2)으로 변환하는 단계, (h-2) 제 2 가상위치(px2)에서 제 2 가상 오버레이값(povl2)을 계측하는 단계 및 (h-3) 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (h-1) 단계는, 기준 오버레이값(ovl1)과 제 1 가상 오버레이값(povl3)의 차이를 핀홀(230)이 소정시간(t) 동안 변화된 위치차이인 제 2 변화량(ac2)으로 변환하는 단계이다.

도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (h-2) 단계는 핀홀(230)이 상기 기준위치에서 제 2 변화량(ac2)만큼 이동된 제 2 가상위치(px2)에서 제 2 가상 오버레이값(povl2)을 계측하는 단계이다. 예컨대, 상기 (h-2) 단계에서 기준위치(x1)로부터 제 2 변화량(ac2) 만큼 이동한 핀홀(230)의 제 2 가상위치(px2)를 산출할 수 있다.

이어서, 상기 (h-2) 단계는 핀홀(230)을 제 2 가상위치(px2)로 이동하여 제 2 가상 오버레이값(povl2)을 계측할 수 있다. 즉, 상기 (h-2) 단계에서 핀홀(230)을 기준위치(x1)로부터 제 2 변화량(ac2) 이동하여 제 2 가상위치(px2)로 이동시키고, 이때의 오버레이값인 제 2 가상 오버레이값(povl2)을 계측하는 단계이다.

도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (h-3) 단계는, 기준 오버레이값(ovl1)과 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이를 제 3 차이값(diff3)으로 산출하고, 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계이다.

구체적으로, 상기 (h-3) 단계에서 핀홀(230)이 기준위치(x1)에서 계측된 기준 오버레이값(ovl1)과 제 2 가상위치(px2)로 이동되어 계측된 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이를 산출하여, 차이값이 상기 기준치에 포함되는지 판단할 수 있다.

도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (h-3) 단계에서 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 (i) 단계를 수행할 수 있다.

상기 (i) 단계는, 상기 (h-3) 단계에서 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 이하일 경우, 제 2 변화량(ac2)을 보정값으로 산출하는 단계이다.

즉, 상기 (i) 단계는, 상기 (h) 단계에서 기준 오버레이값(ovl1)과 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이가 일정 수준 아래로서, 변화가 일정하다고 판단될 경우, 제 2 변화량(ac2)을 시간에 따른 보정값으로 산출하는 단계이다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (h) 단계에서 기준 오버레이값(ovl1)과 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 상기 (a) 단계를 반복할 수 있다. 예컨대, 상기 (h) 단계 이후에, 기준위치(xc1)에서 비교 오버레이값(ovl3)를 재계측하여, 제 1 차이값(diff1), 제 2 차이값(diff2) 및 제 3 차이값(diff3)을 재산출할 수 있다.

그리하여, 반복된 (h) 단계에서 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 이하로 재산출 될 경우, 기존 계측시 핀홀(230)의 오류로 인한 것이라고 판단되며, 이때의 제 2 변화량(ac1)을 보정값으로 산출할 수 있으며, 또는, 반복된 (h) 단계에서 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 초과로 재산출 될 경우, 기존 계측시 핀홀(230)의 오류로 인한 것이 아니라고 판단되며, 후술될 단계가 수행될 수 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 (h) 단계에서 기준 오버레이값(ovl1)과 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, (k) 단계를 수행할 수 있다.

상기 (k) 단계는, 사용자에게 계측 장치의 점검 및 정비가 필요하다는 알림을 표시하는 단계이다.

구체적으로, 상기 (h) 단계에서 기준 오버레이값(ovl1)과 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이값, 즉, 제 3 차이값(diff3)이 상기 기준치 초과일 경우, 보정값을 적용하여도 오차 범위 내로 수용되지 않는 것으로 판단되어, 오버레이 계측 장치(1000)의 광학 정렬이 잘못된 것으로 산출될 수 있다. 이에 따라, 상기 (k) 단계에서 오버레이 계측 장치(1000)의 광학 정렬이 재정비될 수 있도록, 제어부, 모니터, 사용자의 단말기 등을 통하여 사용자에게 알림 및 경고를 표시할 수 있다.

본 발명에 따른 오버레이 계측 장치의 교정 방법을 구체적으로 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 소정시간(t) 이전, 과거의 기준위치(x1)에서 기준 오버레이값(ovl1)을 산출하고[(a-1) 단계], 기준위치(x1)에서 소정거리(x0) 이동된 위치에서 이동 오버레이값(ovl2)를 산출[(a-2) 단계]하여, 단위 이동량(ovl0)을 산출[(b) 단계]할 수 있다.

이어서, 1차 판단을 하기 위하여, 소정시간(t) 이후, 현재의 기준위치(x1)에서 비교 오버레이값(ovl3)을 산출하고[(a-3) 단계], 소정시간(t) 이전에 기준위치(x1)에서 산출된 기준 오버레이값(ovl1)과 소정시간(t) 이후에 기준위치(x1)에서 산출된 비교 오버레이값(ovl3)의 차이를 산출하여 제 1 차이값(diff1)을 산출[(c) 단계]할 수 있다.

제 1 차이값(diff1)이 기준치 이하일 경우, 보정값을 0으로 산출하거나, 또는, 제 1 변화량(ac1)을 보정값으로 산출할 수 있다.

반면에, 제 1 차이값(diff1)이 기준치 초과일 경우, 산출된 제 1 차이값(diff1)에 과거의 오버레이값으로 산출된 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 제 1 변화량(ac1)을 산출[(e-1) 단계]할 수 있다.

이어서, 2차 판단을 하기 위하여, 기준위치(x1)에서 제 1 변화량(ac1) 만큼 이동하여 제 1 가상위치(px1)를 산출하고, 제 1 가상 오버레이값(povl1)을 계측[(e-2) 단계]할 수 있다.

그리하여, 소정시간(t) 이전에 기준위치(x1)에서 산출된 기준 오버레이값(ovl1)과 소정시간(t) 이후에 제 1 가상위치(px1)에서 산출된 제 1 가상 오버레이값(povl1)의 차이를 산출하여 제 2 차이값(diff2)을 산출[(e-3) 단계]할 수 있다.

이때, 제 2 차이값(diff2)이 기준치 이하일 경우, 제 1 변화량(ac1)을 보정값으로 산출할 수 있다.

반면에, 제 2 차이값(diff2)이 기준치 초과일 경우, 기준위치(x1)에서 비교 오버레이값을 재 산출하여 이전 과정을 재 수행하도록 할 수 있다.

또는, 제 2 차이값(diff2)이 기준치 초과일 경우, 산출된 제 2 차이값(diff2)에 과거의 오버레이값으로 산출된 단위 이동량(ovl0)을 적용하여 제 2 변화량(ac2)을 산출[(h-1) 단계]할 수 있다.

이어서, 3차 판단을 하기 위하여, 기준위치(x1)에서 제 2 변화량(ac2) 만큼 이동하여 제 2 가상위치(px2)를 산출하고, 제 2 가상 오버레이값(povl2)을 계측[(h-2) 단계]할 수 있다.

그리하여, 소정시간(t) 이전에 기준위치(x1)에서 산출된 기준 오버레이값(ovl1)과 소정시간(t) 이후에 제 2 가상위치(px2)에서 산출된 제 2 가상 오버레이값(povl2)의 차이를 산출하여 제 3 차이값(diff3)을 산출[(h-3) 단계]할 수 있다.

이때, 제 3 차이값(diff3)이 기준치 이하일 경우, 제 2 변화량(ac2)을 보정값으로 산출할 수 있다.

반면에, 제 3 차이값(diff3)이 기준치 초과일 경우, 기준위치(x1)에서 비교 오버레이값을 재 산출하여 이전 과정을 재 수행하도록 할 수 있다.

또는, 제 3 차이값(diff3)이 기준치 초과일 경우, 오버레이 계측 장치(1000)의 광학 정렬이 재정비될 수 있도록, 제어부, 모니터, 사용자의 단말기 등을 통하여 사용자에게 알림 및 경고를 표시[(k) 단계]할 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 발명의 오버레이 계측 장치 및 오버레이 계측 장치의 교정 방법은 소정시간(t)에 따라 지속적으로 오버레이 계측 장치를 모니터링 하여 오버레이 계측 장치의 광학 오차의 흐름을 파악할 수 있으며, 상술한 시퀀스를 통하여 이를 보정하는 광학 오차를 산출하고, 오버레이 계측 시 적용하여 시간에 따른 광학 오차를 보정할 수 있다.

이에 따라, 오버레이 계측 시 마다, 시간에 따라 발생되는 광학 오차를 보정하기 위하여, 오버레이 계측 장치의 오차를 재측정하고 재정렬하는 방법이 매우 간단하며, 이에 발생되는 번거로움과 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

T: 오버레이 계측 타겟
W: 웨이퍼
100: 광원부
110: 광원
120: 스펙트럼 필터
130: 조리개
140: 빔 스플리터
200: 렌즈부
210: 대물렌즈
220: 렌즈 초점 액추에이터
230: 핀홀
300: 검출부
400: 제어부
500: 스테이지

Claims (17)

1. 웨이퍼에 형성된 오버레이 타겟으로 조명을 지향시키도록 구성된 광원부;
   상기 조명을 상기 오버레이 타겟 중 어느 한 지점의 측정위치에 집광시키는 대물렌즈와 상기 대물렌즈와 상기 측정위치에서 상기 웨이퍼의 표면으로부터의 거리를 조절하는 렌즈 초점 액추에이터와 상기 측정위치에서 반사되는 광을 통과시키는 핀홀이 형성되는 렌즈부;
   상기 측정위치에서 반사된 빔을 통하여 상기 측정위치에서의 초점 이미지를 획득하는 검출부; 및
   시간에 따라 변화하는 광학 오차를 측정하기 위하여 상기 핀홀의 이동을 제어하고, 상기 초점 이미지로 계측된 복수의 오버레이값들의 차이를 상기 핀홀의 위치 차이로 변환하는 단위 이동량을 산출하고, 상기 핀홀이 기준위치에서 상기 초점 이미지로 계측된 기준 오버레이값과 소정시간 이후에 계측된 비교 오버레이값의 차이를 나타내는 제 1 차이값이 미리 설정된 기준치 이하일 경우, 상기 제 1 차이값 이하를 보정값으로 산출하는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 검출부에서 획득된 상기 오버레이 타겟의 이미지들을 저장하고, 저장된 상기 이미지들의 각각의 오버레이값을 산출하는 계측부;
   상기 계측부에서 산출된 두 개 이상의 오버레이값의 차이를 상기 핀홀의 위치 차이인 변화량으로 변환하는 변환부;
   상기 기준위치에서 상기 변화량을 적용하여 상기 핀홀의 가상위치를 산출하는 핀홀 위치 산출부;
   상기 핀홀이 이동되도록 제어하는 핀홀 이동부;
   상기 기준 오버레이값과 상기 비교 오버레이값을 비교하거나, 또는, 상기 핀홀이 상기 가상위치로 이동되어 계측된 가상 오버레이값과 상기 기준 오버레이값의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 비교부;
   를 포함하는, 오버레이 계측 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 기준 오버레이값과 상기 비교 오버레이값의 차이를 나타내는 상기 제 1 차이값이 상기 기준치 초과일 경우,
   상기 제 1 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 제 1 변화량으로 변환하고, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 상기 제 1 변화량만큼 이동된 제 1 가상위치에서 계측된 제 1 가상 오버레이값과 상기 기준 오버레이값의 차이를 산출하여 제 2 차이값을 산출하고,
   상기 제 2 차이값이 상기 기준치 이하일 경우에, 상기 제 1 변화량을 보정값으로 산출하는, 오버레이 계측 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 계측부는,
   상기 소정시간 이전에, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 상기 기준 오버레이값을 산출하고,
   상기 소정시간 이전에, 상기 핀홀이 상기 기준위치로부터 소정거리 이동된 위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 이동 오버레이값을 산출하고,
   상기 소정시간 이후에, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 상기 비교 오버레이값을 산출하는, 오버레이 계측 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 변환부는,
   상기 기준 오버레이값과 상기 이동 오버레이값의 차이를 상기 핀홀이 이동한 상기 소정거리로 나누어, 상기 핀홀이 단위이동 시 오버레이값의 변화를 나타내는 단위 이동량을 산출하는 단위이동량 산출부; 및
   상기 기준 오버레이값과 상기 비교 오버레이값의 차이를 나타내는 상기 제 1 차이값을 상기 핀홀이 상기 소정시간 동안 변화된 위치차이인 제 1 변화량으로 변환하는 변화량 산출부;
   를 포함하는, 오버레이 계측 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 변화량 산출부는,
   상기 기준 오버레이값과 상기 가상 오버레이값의 차이를 나타내는 제 2 차이값을 상기 핀홀이 상기 소정시간 동안 변화된 위치차이인 제 2 변화량으로 변환하는, 오버레이 계측 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 비교부는,
   상기 기준 오버레이값과 상기 비교 오버레이값을 차이로 산출된 상기 제 1 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 보정값을 0으로 산출하거나, 또는, 상기 제 1 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 상기 보정값으로 산출하고,
   상기 제 1 차이값이 상기 기준치 초과일 경우, 상기 기준 오버레이값과 상기 가상 오버레이값 중 하나인 제 1 가상 오버레이값을 비교하도록 제어하는, 오버레이 계측 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 비교부는,
   상기 기준 오버레이값과 상기 가상 오버레이값의 차이로 산출된 상기 제 2 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 제 1 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 산출된 제 1 변화량을 상기 보정값으로 산출하고,
   상기 제 2 차이값이 상기 기준치 초과일 경우, 상기 핀홀이 기준위치에서 오버레이값을 재계측 하거나, 또는, 상기 기준 오버레이값과 상기 가상 오버레이값 중 제 2 가상 오버레이값을 비교하도록 제어하는, 오버레이 계측 장치.
9. 웨이퍼에 형성된 오버레이 타겟으로 조명을 지향시키도록 구성된 광원부와, 대물렌즈, 렌즈 초점 액추에이터, 반사되는 광을 통과시키는 핀홀이 형성되는 렌즈부와, 초점 이미지를 획득하는 검출부와, 보정값을 산출하는 제어부를 포함하는, 오버레이 계측 장치를 이용한 오버레이 계측 장치의 교정 방법에 있어서,
   (a) 시간에 따라 변화하는 광학 오차를 측정하기 위하여 상기 핀홀의 이동을 제어하고, 상기 검출부에서 획득된 상기 오버레이 타겟의 이미지들을 저장하며, 저장된 상기 이미지들의 각각의 오버레이값을 계측하는 단계;
   (b) 상기 초점 이미지로 계측된 복수의 오버레이값들의 차이를 상기 핀홀의 위치 차이로 변환하는 단위 이동량을 산출하는 단계;
   (c) 상기 핀홀이 기준위치에서 상기 초점 이미지로 계측된 기준 오버레이값과 소정시간 이후에 계측된 비교 오버레이값의 차이를 나타내는 제 1 차이값을 산출하여, 상기 제 1 차이값이 미리 설정된 기준치에 포함되는지 판단하는 단계; 및
   (d) 상기 (c) 단계에서 상기 제 1 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 제 1 차이값 이하를 보정값으로 산출하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 (c) 단계 이후에,
   (e) 상기 (c) 단계에서 상기 제 1 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 상기 기준 오버레이값과 상기 핀홀이 제 1 가상위치로 이동되어 계측된 제 1 가상 오버레이값의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계;
   를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 교정 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    (a-1) 소정시간 이전에, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 상기 기준 오버레이값을 산출하는 단계;
    (a-2) 상기 소정시간 이전에, 상기 핀홀이 상기 기준위치로부터 소정거리 이동된 위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 이동 오버레이값을 산출하는 단계; 및
    (a-3) 상기 소정시간 이후에, 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 계측된 오버레이 타겟의 이미지를 통하여 상기 비교 오버레이값을 산출하는 단계;
    를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 교정 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 기준 오버레이값과 상기 이동 오버레이값의 차이를 상기 핀홀이 이동한 상기 소정거리로 나누어, 상기 핀홀이 단위이동 시 오버레이값의 변화를 나타내는 상기 단위 이동량을 산출하는, 오버레이 계측 장치의 교정 방법.
12. 삭제
13. 제 9 항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    (e-1) 상기 제 1 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 제 1 변화량으로 변환하는 단계;
    (e-2) 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 상기 제 1 변화량만큼 이동된 제 1 가상위치에서 제 1 가상 오버레이값을 계측하는 단계; 및
    (e-3) 상기 기준 오버레이값과 상기 제 1 가상 오버레이값의 차이를 제 2 차이값으로 산출하고, 상기 제 2 차이값이 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (e-3) 단계 이후에,
    (f) 상기 제 2 차이값이 상기 기준치 이하일 경우, 상기 제 1 변화량을 보정값으로 산출하는 단계;
    를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 교정 방법.
14. 제 9 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에,
    상기 (e) 단계에서 상기 기준 오버레이값과 상기 제 1 가상 오버레이값의 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 상기 (a) 단계를 반복하는, 오버레이 계측 장치의 교정 방법.
15. 제 9 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에,
    (h) 상기 (e) 단계에서 상기 기준 오버레이값과 상기 제 1 가상 오버레이값의 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 기준 오버레이값과 상기 핀홀이 제 2 가상위치로 이동되어 계측된 제 2 가상 오버레이값의 차이를 산출하여 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계;
    를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 교정 방법.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 (h) 단계는,
    (h-1) 상기 제 2 차이값에 상기 단위 이동량을 적용하여 제 2 변화량으로 변환하는 단계;
    (h-2) 상기 핀홀이 상기 기준위치에서 상기 제 2 변화량만큼 이동된 제 2 가상위치에서 제 2 가상 오버레이값을 계측하는 단계; 및
    (h-3) 상기 기준 오버레이값과 상기 제 2 가상 오버레이값의 차이를 제 3 차이값으로 산출하고, 상기 제 3 차이값이 상기 기준치에 포함되는지 판단하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (h-3) 이후에,
    (i) 상기 (h-3) 단계에서 상기 제 3 차이값이 상기 기준치 이하일 경우에, 상기 제 2 변화량을 보정값으로 산출하는 단계;
    를 포함하는, 오버레이 계측 장치의 교정 방법.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 (h) 단계 이후에,
    상기 (h) 단계에서 상기 기준 오버레이값과 상기 제 2 가상 오버레이값의 차이값이 상기 기준치를 초과할 경우, 상기 (a) 단계를 반복하는, 오버레이 계측 장치의 교정 방법.
    

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